KR101357355B1 - Magnetocaloric thermal generator - Google Patents

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KR101357355B1 KR1020097001436A KR20097001436A KR101357355B1 KR 101357355 B1 KR101357355 B1 KR 101357355B1 KR 1020097001436 A KR1020097001436 A KR 1020097001436A KR 20097001436 A KR20097001436 A KR 20097001436A KR 101357355 B1 KR101357355 B1 KR 101357355B1
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쟝-루이스 뒤팽
쟝-클로드 헤이트젤르
조르쥬 니클리
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쿨테크 어플리케이션즈 에스.에이.에스.
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Abstract

본 발명은 최대의 열교환율(heat exchange coefficient)을 가지며, 산업 및 가정용 모두의 광범위한 범위에 적용되도록 산업화하기 간단하게 된, 높은 열 효율의 콤팩트(compact)하면서 다목적인 자기 열 발생기(magneto-calorific thermal generator)에 관한 것이다.The present invention has a high heat efficiency compact, multi-purpose magneto-calorific thermal, which has a maximum heat exchange coefficient and has been simplified to industrialize for a wide range of applications, both industrial and domestic. generator).

본 열 발생기(1)는 다수의 열 요소들(thermal elements)(40)로 구성되는 하나 이상의 열 모듈(thermal module)(10)을 포함하고, 상기 열 요소들은 열전달 유체(heat transfer fluid)의 순환을 위해 열 요소들 사이에 채널들(channels)이 형성되도록 스택(stacked)되어 배열되며, 상기 채널들은 핫 회로 흐름(hot circuit flow)의 열전달 유체를 순환시키는 핫 채널들(hot channels) 및 콜드 회로 흐름(cold circuit flow)의 열전달 유체를 순환시키는 콜드 채널들(cold channels)로 분리되며, 상기 핫 채널들 및 콜드 채널들은 상기 열 요소들(40) 사이에서 교호적으로 배치되며, 상기 열 요소들은, 각각의 핫 회수 회로 및 콜드 회수 회로의 열전달 유체의 유동을 각각 대응하는 핫 채널들 및 콜드 채널들로 분배하도록, 서로 소통하는 유체의 입구 오리피스들(inlet orifices)및 출구 오리피스들(outlet orifices)을 가지고 있는 것을 특징으로 하고 있다.The heat generator 1 comprises one or more thermal modules 10 consisting of a plurality of thermal elements 40, which thermal elements circulate heat transfer fluid. Stacked and arranged such that channels are formed between the thermal elements for the purpose, the channels being hot and cold circuits circulating a heat transfer fluid of hot circuit flow. Separated into cold channels for circulating a heat transfer fluid of cold circuit flow, the hot channels and cold channels are alternately disposed between the thermal elements 40, the thermal elements being Inlet orifices and outlet orifices of fluids in communication with each other to distribute the flow of heat transfer fluid of each hot recovery circuit and cold recovery circuit to corresponding hot and cold channels, respectively. of It is characterized by having.

적용 분야로는, 산업용 및 가정용으로 설치되는 히팅(heating), 템퍼링(tempering), 공기 조화 또는 냉장 분야들이 해당될 수 있다.Application fields may include heating, tempering, air conditioning or refrigeration fields installed in industrial and domestic applications.

자기열 발생기, 자기열, 열 요소, 열 모듈, 열기, 냉기, 핫 채널, 콜드 채널.Magnetic Heat Generator, Magnetic Heat, Thermal Element, Thermal Module, Hot, Cold, Hot Channel, Cold Channel.

Description

자기 열 발생기 {MAGNETOCALORIC THERMAL GENERATOR}Magnetic heat generator {MAGNETOCALORIC THERMAL GENERATOR}

본 발명은 자기 열 발생기(magneto-calorific thermal generator)에 관한 것으로서, 상기 자기 열 발생기에는, 자기-열 발생 재료(magneto-calorific material)를 기반으로 하는 열 요소들(thermal elements)과, 상기 열 요소들에 자기장(magnetic field)의 변화를 일으켜 그들의 온도를 변화시키도록 배치된 자기 수단(magenetic means)과, 기능적 사이클(functional cycle)에 따라 상기 열 요소들이 방출하는 칼로리(calories) 즉 열기 및, 프리거리(frigories) 즉 냉기를 각각 회수하도록 되어 있는 별도의 열전달 유체(heat transfer fluid)가 순환하는, "핫(hot)"으로 칭해지는 회수 회로(collector circuit)와 "콜드(cold)"로 칭해지는 회수 회로로 구성된 2개 이상의 별개의 회수 회로들 및, 상기 회수된 열기 및 냉기를 활용하도록 설계된 외부회로들(external circuits)에 상기 회수 회로들을 연결하는 수단(means of connecting)이 포함된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magneto-calorific thermal generator, wherein the magnetic heat generator includes: thermal elements based on a magneto-calorific material; Magnetic means arranged to cause changes in the magnetic field in the fields to change their temperature, and calories, ie, heat and free, emitted by the thermal elements according to a functional cycle. Collector circuits called "hot" and called "cold", in which separate heat transfer fluids, each intended to recover cold air, are circulated. Means for connecting the recovery circuits to two or more separate recovery circuits consisting of recovery circuits and external circuits designed to utilize the recovered hot and cold air. ) Is included.

자기 열 발생 효과가 있는 일정 재료들을 사용하는 새로운 열 발생기는, 지속가능한 발전 및 온실효과의 감소 측면에서 향후 사라지게 될 기존의 발생기에 대해 매우 흥미있고 생태학적인 대체안을 제공하고 있다. 그러나 매우 짧은 사이클(cycle) 시간과 발생하는 온도 구배(gradient)가 작다는 점 및 제한된 자기의 강도를 염두에 두면서, 경제적으로 생존가능하고 양호한 열 효율을 제공하기 위해서,이러한 재료들에 의해 방출되는 열기 및 냉기를 회수하는 수단의 설계 및 이러한 발생기들의 설계는 매우 중요하다. 회수되는 에너지는 자기-열 발생 재료의 질량과 자기장의 강도 및 열전달 유체와의 교환 시간과 밀접하게 연계되어 있다. 열교환기의 전달 인자(transfer factor)는, 열교환면과 접촉하는 열전달 유체의 유량에 비하여 열교환 면적에 연계되어 있는 것으로 알려져 있으며, 이 때문에 열교환 면적이 클수록 전달율(transfer coefficient)이 높아진다.The new heat generator, using certain materials with a self-heating effect, provides a very interesting and ecological alternative to existing generators that will disappear in the future in terms of sustainable development and reduced greenhouse effect. However, in order to provide economically viable and good thermal efficiency while keeping in mind very short cycle times, small temperature gradients occurring and limited magnetic strength, these materials are released by these materials. The design of the means for recovering hot and cold air and the design of these generators are very important. The energy recovered is closely related to the mass of the magnetic-heat generating material, the strength of the magnetic field and the exchange time with the heat transfer fluid. The transfer factor of the heat exchanger is known to be related to the heat exchange area relative to the flow rate of the heat transfer fluid in contact with the heat exchange surface. Therefore, the larger the heat exchange area, the higher the transfer coefficient.

기존의 발생기들에서, 회수 회로는 회수의 수단으로서 사용되며, 이 회로는, 콜드 회수 회로 및 핫 회수 회로에 교호적으로 공급되는 단일의 열전달 유체가 흐르는 열 요소들을 가로질러 가도록 되어 있다. 그 결과, 이 해법에서는 발생기의 에너지 효율을 크게 불리하게 하는 높은 열관성(thermal inertia)을 생성하게 된다.In existing generators, a recovery circuit is used as a means of recovery, which circuit is adapted to cross thermal elements through which a single heat transfer fluid is supplied alternately to a cold recovery circuit and a hot recovery circuit. As a result, this solution produces high thermal inertia, which greatly disadvantages the generator's energy efficiency.

본 출원인에 의해 제출된 프랑스 특허 출원 제 05/08963호에서는 새로운 발생기 설계를 제안하고 있는데, 여기에서는 핫 회수 회로 및 콜드 회수 회로의 두 개의 분리된 회수 회로들이 열 요소들을 가로지르며, 상기 각 회수회로에는 별도의 열전달 유체가 순환한다. 각각의 열 요소는, 두 개의 분리된 회수 회로들을 형성하는 방식으로 열전달 유체를 순환시키는 통로들 서로 간의 경계를 이루어주는, 자기-열 발생 재료로 된 리브붙이 판들(ribbed plates)의 스택(stack)으로 구성된 세모기둥 모양의 인서트(insert)의 형태를 취하고 있다. 이들 열 인서트들은, 다른 열 인서트들의 대응하는 회수 회로들을 연결하는 도관들(conduits) 및 적절한 하우징들(housings)이 제공되어 있는 판에 장착된다. 이 해법은, 핫 회수 회로를 위한 하나의 유체 및 콜드 회수 회로를 위한 하나의 유체가 제공되는 상태에서, 열전달 유체의 열관성을 제거하는 장점을 가지며, 열교환 표면적을 증가시킴으로써 발생기의 열효율을 증가시키는 장점을 가지게 된다. 그러나, 고비용이고 비모듈화 형태로 되어 있어서 산업화하기가 어렵다는 단점을 지니고 있다.The French patent application No. 05/08963, filed by the applicant, proposes a new generator design, in which two separate recovery circuits, a hot recovery circuit and a cold recovery circuit, traverse the thermal elements, each of the recovery circuits. There is a separate heat transfer fluid circulates. Each thermal element is a stack of ribbed plates of self-heat generating material that form a boundary between the passageways circulating the heat transfer fluid in a manner that forms two separate recovery circuits. It takes the form of a triangular insert consisting of: These column inserts are mounted to a plate provided with conduits and suitable housings connecting the corresponding recovery circuits of the other column inserts. This solution has the advantage of removing the thermal inertia of the heat transfer fluid, with one fluid for the hot recovery circuit and one fluid for the cold recovery circuit, increasing the heat efficiency of the generator by increasing the heat exchange surface area. You have an advantage. However, it has a disadvantage of being difficult to industrialize due to its high cost and non-modular form.

본 발명은 높은 에너지 효율 및 최대의 전달율을 가지며, 알맞은 비용으로 산업화하기 용이하고 산업 및 가정용 응용들 모두의 광범위한 범위에 적용되도록 모듈 형태를 가지는, 소형 및 다목적의 자기 열 발생기를 제안함으로써, 상기한 단점들을 극복하려는 것이다.The present invention proposes a compact and versatile magnetic heat generator, which has a high energy efficiency and maximum transmission rate, is easy to industrialize at a reasonable cost and has a modular form to be applied to a wide range of both industrial and household applications. To overcome the shortcomings.

이 목적을 위해, 본 발명은, 열전달 유체의 순환을 위한 채널들을 서로 간의 경계를 이루도록 스택되어 배치된 다수의 열 요소들로 구성되는 하나 이상의 열 모듈들을 포함하고, 상기 채널들은 핫 회수 회로의 열전달 유체가 유동하는 핫 채널들 및 콜드 회수 회로의 열전달 유체가 유동하는 콜드 채널들로 분할되며, 상기 열 요소들은, 핫 및 콜드 회수 회로 각각의 열전달 유체의 유동을 각각 대응하는 핫 및 콜드 채널들로 분배하도록, 서로 소통하는 유체의 입구 및 출구 오리피스들(orifices)을 가지는 것을 특징으로 하는, 앞서 설명한 타입의 열 발생기를 제공한다.To this end, the present invention comprises one or more thermal modules consisting of a plurality of thermal elements arranged in stacks arranged to make a boundary between the channels for circulation of the heat transfer fluid, the channels being heat transfer in a hot recovery circuit. The hot channels through which the fluid flows and the heat transfer fluid of the cold recovery circuit are divided into cold channels through which the fluid flows. Provided is a heat generator of the type described above, characterized by having inlet and outlet orifices of fluid in communication with each other for dispensing.

이러한 스테이지 구성은, 평행한 채널들을 갖는 소위 열 모듈들(thermal modules)인, 열 서브 조립체들(thermal sub-assemblies)의 형성을 허용하며, 상기 열 모듈들은 직렬 및/또는 병렬로 함께 연결 가능하다. 이러한 구성으로 인해, 열 모듈 당의 스택된 열 요소들(stacked thermal elements per thermal module)의 수를 요구되는 유체 유동량에 따라 변화시킬 수 있고, 병렬로 된 열 모듈들의 수도 요구되는 온도 범위에 따라 변화시킬 수 있어서, 매우 큰 모듈성(modularity)을 제공하게 된다. This stage configuration allows the formation of thermal sub-assemblies, which are so-called thermal modules with parallel channels, which thermal modules can be connected together in series and / or in parallel. . Due to this configuration, the number of stacked thermal elements per thermal module can be varied according to the required fluid flow rate, and the number of parallel thermal modules can be varied according to the required temperature range. This can provide very large modularity.

본 발명 및 그의 장점들은, 첨부 도면들을 참조하여, 비제한적인 예로서 주어진 여러 실시예들에 대한 이하의 설명으로부터 좀더 분명하게 이해될 수 있을 것이다.The invention and its advantages will become more clearly understood from the following description of several embodiments given by way of non-limiting example with reference to the accompanying drawings.

도1은 본 발명에 따른 열 발생기의 분해 사시도이다.1 is an exploded perspective view of a heat generator according to the present invention.

도2 및 도3은 도1 발생기의 두 가지 형태의 예들에 대한 사시도이다.2 and 3 are perspective views of two types of examples of the generator of FIG.

도4는 도1 발생기의 구성에 포함된 열 모듈의 사시도이다.4 is a perspective view of a thermal module included in the configuration of the generator of FIG.

도5는 도1 발생기의 하나의 말단부의 부분 상세 단면도이다.FIG. 5 is a partial cross-sectional detail view of one end of the generator of FIG.

도6a는 도4의 열 모듈의 정면도이며, 도6b는 도4의 상세 A의 확대 사시도이며, 도6c는 도6b의 에지(edge)의 평면도이다.FIG. 6A is a front view of the thermal module of FIG. 4, FIG. 6B is an enlarged perspective view of detail A of FIG. 4, and FIG. 6C is a plan view of the edge of FIG. 6B.

도7a는 두 개의 열 섹터들(thermal sectors)을 나타내는, 도4의 모듈의 두 개의 열 요소들의 부분 단면도이며, 도7b 및 도7c는 도6a의 열 요소의 BB 및 CC선에 따른 단면도들이다.FIG. 7A is a partial cross-sectional view of two thermal elements of the module of FIG. 4 showing two thermal sectors, and FIGS. 7B and 7C are cross-sectional views along the lines BB and CC of the thermal element of FIG. 6A.

도8a는 열 섹터의 축방향 단면도이며, 도8b는 상세 D의 도면이다.8A is an axial cross-sectional view of the thermal sector, and FIG. 8B is a view of detail D. FIG.

도9a는 인서트가 결합된 열 섹터의 축방향 단면도이며, 도9b는 상세 E의 도면이다.FIG. 9A is an axial cross-sectional view of the thermal sector with the inserts engaged, and FIG. 9B is a view of detail E. FIG.

도10a, 도10b, 도11a 및 도11b는 본 발명에 따른 열 요소의 두 개의 변형예들의 정면도 및 배면도이다.10A, 10B, 11A and 11B are front and back views of two variants of the thermal element according to the invention.

도12 및 도13은 자기-열 발생 부품들의 변형들을 나타낸 도면들이다.12 and 13 show variations of self-heat generating parts.

도14 및 도15는 자기-열 발생 인서트들의 변형들을 나타낸 사시도들이다.14 and 15 are perspective views showing variations of the self-heating inserts.

도16a는 다른 변형예에 따른 열 섹터의 사시도이며, 도16b는 상세 F의 사시도이다.16A is a perspective view of a thermal sector according to another modification, and FIG. 16B is a perspective view of detail F. FIG.

도17a는 본 발명에 따른 열 모듈의 제1 변형예를 나타낸 사시도 및 도17b는 상세 G의 사시도,17A is a perspective view of a first modification of the thermal module according to the present invention, and FIG. 17B is a perspective view of detail G;

도18a는 본 발명에 따른 열 모듈의 제2 변형예를 나타낸 사시도이며, 도18b는 이 모듈의 서브-조립체에 대한 도면이며, 도18c는 도18b의 상세 H에 대한 도면이다.FIG. 18A is a perspective view of a second variant of the thermal module according to the invention, FIG. 18B is a view of a sub-assembly of this module, and FIG. 18C is a view of detail H of FIG. 18B.

도19a는 본 발명에 따른 열 모듈의 제3 변형예를 나타낸 사시도이며, 도19b는 상세 I에 대한 도면이다.19A is a perspective view showing a third modification of the thermal module according to the present invention, and FIG. 19B is a view of detail I. FIG.

도1을 참조하면, 본 발명에 따른 열 발생기(1)는, 분배기 디스크들(distributor discs)(20)에 의해 연결되어 밀봉 플랜지들(30)에 의해 폐쇄되는, 6개 한 세트로 스택된 열 모듈들(10)을 포함한다. 상기 열 모듈들(10)의 갯수 및 구성은 원하는 성능에 따라 가변적이다. 도시된 밀봉 플랜지(30)에는, 열 발생기(1)에 의해 생성되는 열기 및 냉기를 각각 사용하는 외부 핫 회로 및 외부 콜드 회로(도시 안됨)에 연결되도록 설계된, 2개의 공급 오리피스들(feed orifices)(31) 및 2개의 배출 오리피스들(discharge orifices)(32)로 된, 4개의 오리피스들(31, 32)들이 있다. 상기 연결은 요건에 따라, 열 발생기(1)의 일측(single side) 또는 양측(both sides)에서 행해질 수 있다. 분배기 디스크들(20)은, 다른 열 모듈들(10)의 핫 및 콜드 회수 회로들을 직렬, 병렬, 또는 직렬/병렬 조합으로 함께 연결할 수 있게 하고, 외부 핫 및 콜드 회로들과의 연결할 수 있게 하는 분배 홈들(distribution grooves)(22) 및 오리피스들(21)을 가진다. 상기 분배기 디스크들(20)은 쌍으로 배열될 수 있고, 각 디스크는 도1 및 도4에 나타낸 바와 같이, 회수 회로들 중 하나에 전용으로 제공된다. 또한, 상기 분배기 디스크는, 상기와 동일한 기능을 수행하도록 오리피스들(21) 및 분배 홈들(22)의 특별한 배열 형태를 가지는. 양면 싱글 디스크(double-sideed single discs)(도시 안됨) 형태로 형성될 수도 있다.Referring to FIG. 1, the heat generator 1 according to the invention is a stack of six stacked rows, connected by distributor discs 20 and closed by sealing flanges 30. Modules 10. The number and configuration of the thermal modules 10 will vary depending on the desired performance. In the seal flange 30 shown there are two feed orifices, which are designed to be connected to an external hot circuit and an external cold circuit (not shown) using hot and cold air generated by the heat generator 1 respectively. There are four orifices 31, 32, of 31 and two discharge orifices 32. The connection can be made on one side or both sides of the heat generator 1, depending on the requirements. The distributor disks 20 allow the hot and cold recovery circuits of the other thermal modules 10 to be connected together in a series, parallel, or series / parallel combination and to connect with external hot and cold circuits. It has distribution grooves 22 and orifices 21. The distributor disks 20 may be arranged in pairs, each disk being dedicated to one of the recovery circuits, as shown in FIGS. 1 and 4. The distributor disc also has a special arrangement of orifices 21 and dispensing grooves 22 to perform the same function as above. It may be formed in the form of double-sideed single discs (not shown).

도1의 예에서, 열 발생기(1)는, 회전하거나 또는 축방향으로 이동하며 반경방향으로 대향하는 두 개의 자기 조립체들(magnetic assemblies)(3)을 지지하는 축(2)을 가지며, 이 축은, 연속, 불연속, 시퀀셜 또는 왕복 운동을 제공하는 공지된 타입의 임의의 작용기(actuator)(도시 안됨)에 의해 구동된다. 자기 조립체들(3)의 갯수, 위치 및 타입은 열 모듈들(10)의 구조에 따라 변경될 수 있으며 결 정될 수 있다. 상기 자기 조립체들(3)은 영구 자석들, 전자석들, 초전도자석 또는 임의의 다른 자석들로 형성될 수 있는데, 사이즈와 사용 간편성 및 저비용의 측면에서 장점이 있는 영구 자석들이 바람직하다. 이 영구 자석들은 자기장 라인들을 집중시켜 배향하는 하나 이상의 자기 작용 재료들(magnetisable materials)과 연계되어 고형화(solid), 소결(sintered), 점착(glued) 또는 적층(laminated)될 수 있다. 추가적인 밀봉을 위해, 상기 열 모듈들(10)은 내부 슬리브(sleeve)(4) 및 외부 슬리브(5) 내에 내장될 수 있다(도5 참조). 이 경우, 이 슬리브들(4, 5)의 말단부들은 시일들(seals)(33)에 의해 밀봉 플랜지(30)에 결합된다. 만일 열 모듈들(10)의 구조가 충분한 밀봉이 얻어지도록 되어 있다면, 상기 내부 슬리브(4) 및/또는 외부 슬리브(5)는 생략될 수 있다.In the example of FIG. 1, the heat generator 1 has an axis 2 supporting two magnetic assemblies 3 which rotate or move axially and which are opposed in the radial direction. , Driven by any actuator (not shown) of known type providing continuous, discontinuous, sequential or reciprocating motion. The number, location and type of magnetic assemblies 3 can vary and can be determined depending on the structure of the thermal modules 10. The magnetic assemblies 3 may be formed of permanent magnets, electromagnets, superconducting magnets or any other magnets, with permanent magnets being advantageous in terms of size, ease of use and low cost. These permanent magnets may be solidified, sintered, glued, or laminated in conjunction with one or more magnetizable materials that concentrate and orient magnetic field lines. For further sealing, the thermal modules 10 can be embedded in an inner sleeve 4 and an outer sleeve 5 (see FIG. 5). In this case, the distal ends of these sleeves 4, 5 are joined to the sealing flange 30 by seals 33. If the structure of the thermal modules 10 is such that sufficient sealing can be obtained, the inner sleeve 4 and / or the outer sleeve 5 can be omitted.

상기 열 모듈들(10)은 바람직하게는 강자성 재료(ferromagnetic material)로 된 아마추어(armature)(6)로 둘러싸여질 수 있는데, 이것의 주기능은 자기 조립체들(3)에 의해 발생되는 자속(magnetic flux)을 차단하는 것이다. 도시되지 않은 변형된 실시예에서, 자기 조립체들(3)에 의해 발생되는 자속은 외주에 배치되는 추가의 동적인 또는 정적인 자기 조립체들에 의해 차단될 수 있다. 상기 열 모듈들(10)은, 예컨대 두 개의 밀봉 플랜지들(30) 사이로 연장하는 타이 로드들(tierods)(34)(도5 참조) 또는 베어링들에 의해 축(2) 상에 장착되는 클램프들(clamps)(도시 안됨)과 같은 임의의 공지된 수단을 사용하여 조여져서 조립될 수 있다. 여타의 다른 조립 모드도 고려될 수 있는데, 필수적인 요소는 열 모듈들을 서로 간에 기계적으로 지지하고, 발생기의 내부 핫 및 콜드 회수 회로들을 밀봉하 는 것이다.The thermal modules 10 may be surrounded by an armature 6, preferably of ferromagnetic material, the main function of which is the magnetic flux generated by the magnetic assemblies 3. to block flux. In a variant embodiment not shown, the magnetic flux generated by the magnetic assemblies 3 can be interrupted by further dynamic or static magnetic assemblies disposed on the outer periphery. The thermal modules 10 are clamps mounted on the shaft 2, for example, by tie rods 34 (see FIG. 5) or bearings extending between two sealing flanges 30. It can be tightened and assembled using any known means such as clamps (not shown). Other modes of assembly may also be considered, an essential element being the mechanical support of the thermal modules with each other and the sealing of the generator's internal hot and cold recovery circuits.

도시된 다른 예들에서, 열 발생기(1)는 원형 형태를 나타내고 있다. 즉 상기 열 모듈들이 환상 형태로서 자기 조립체들(3)을 지지하는 축(2) 둘레에 배열되어 잇다. 또한, 본 발명은, 상기 열 요소들이 선형 방식으로 배열되고 자기 수단들이 왕복 운동 또는 시퀀셜 운동(sequential movement)으로 구동되는 직선 형태(도시 안됨)를 가진 열 발생기도 포함하고 있다.In the other examples shown, the heat generator 1 has a circular shape. The thermal modules are arranged in an annular fashion around the axis 2 supporting the magnetic assemblies 3. The invention also includes a heat generator having a straight form (not shown) in which the thermal elements are arranged in a linear manner and the magnetic means are driven in reciprocating or sequential movement.

상기 열 모듈들(10)은, 도2에 도시된 바와 같이, 임의의 공지된 수단에 의해 기부(base)(7) 상에 장착될 수 있다. 이 예에서, 열 발생기(1)는 분배기 디스크들(20)(도시 안됨)에 의해 연결되어 밀봉 플랜지들(30)에 의해 폐쇄된 5개의 열 모듈들(10)로 된 두 개의 조립체들을 포함하고 있다. 상기 기부(7)는, 상기 발생기의 축에 평행하면서 임의의 공지된 타입의 전동(傳動) 장치에 의해 발생기의 축에 연결되는 액튜에이터(actuator)(8)를 지지하고 있다. 상기 액튜에이터(8)는 축(2)과 일렬로 배열되어 축(2)에 직접 연결될 수 있다. 도3에서, 열 발생기(1)는 4개의 조립체들을 포함하고 있는데, 상기 각 조립체는 6개의 열 모듈들(10)로 이루어져 기부(7) 상에 헤드 투 풋(head to foot) 형태로 장착되어 있다. 하나의 액튜에이터(8)가 공지된 임의 타입의 기계적 전동 장치(도시 안됨)에 의해 각 조립체의 축들(2)에 연결되어 있다. 이 예들은 여러 가지 가능한 형태들의 아이디어를 제공하여 준다. 모듈의 구조로 인해, 본 발명에 따른 열 발생기(1)는 각각의 응용에 대해 필요한 유체 유량 및 원하는 가열 또는 냉각 용량에 따라 무제한적인 형태로 형성될 수 있다. 상기 액튜에이터(8)는, 예컨대 풍력 발전기, 유압 터빈, 내연 기관, 전기 모터, 동물 또는 육체 활동 에너지에 기반한 모터, 로터리 액튜에이터 또는 여타의 장치 등의 기계적 토크를 발생하는 임의의 시스템으로 구성될 수 있다. 전기 액튜에이터의 경우에, 에너지는 광전 변환기(photoelectric transducer), 태양 전지, 풍력 발전기, 주 전기(mains electricity), 발전기 또는 여타의 장치에서 얻을 수 있다.The thermal modules 10 may be mounted on a base 7 by any known means, as shown in FIG. 2. In this example, the heat generator 1 comprises two assemblies of five thermal modules 10 connected by distributor disks 20 (not shown) and closed by sealing flanges 30 and have. The base 7 supports an actuator 8 which is parallel to the axis of the generator and connected to the axis of the generator by any known type of transmission. The actuator 8 may be arranged in line with the shaft 2 and directly connected to the shaft 2. In Fig. 3, the heat generator 1 comprises four assemblies, each assembly consisting of six thermal modules 10 mounted on a base 7 in the form of a head to foot. have. One actuator 8 is connected to the axes 2 of each assembly by any type of mechanical transmission (not shown) known in the art. These examples provide ideas of several possible forms. Due to the structure of the module, the heat generator 1 according to the invention can be formed in an unlimited form depending on the fluid flow rate and the desired heating or cooling capacity required for each application. The actuator 8 may consist of any system that generates mechanical torque, such as for example a wind generator, a hydraulic turbine, an internal combustion engine, an electric motor, a motor based on animal or physical activity energy, a rotary actuator or other device. . In the case of electric actuators, energy can be obtained from photoelectric transducers, solar cells, wind generators, mains electricity, generators or other devices.

각각의 열 모듈(10)은 N개의 열 요소들(40)로 구성되는데, 상기 열 요소들은 스택될 수 있게끔, 동일하거나 또는 상보적인 기하학적 형상으로 되어 있다. 열 모듈의 일례가 도4에 도시되어 있는데, 여기에는 축방향으로 스택된 편평한 링들의 형태로 된 17개의 열 요소들(40)이 포함되어 있다. 상기 열 요소들(40)은 도6a-도6c 및 도7a-도7c에 상세하게 나타나 있으며, 열요소들 사이에는 열 전달 유체의 순환을 위한 채널들(50)이 형성되는 특징을 가진다. 상기 채널들은, 핫 회수 회로의 유체가 유동하는 소위 핫 채널들 및 콜드 회수 회로의 유체가 유동하는 소위 콜드 채널들이 된다. 상기 핫 및 콜드 채널들(50)은, 각각의 열 요소(40)가 일측(one side)에는 핫 채널(50)을 그리고 타측에는 콜드 채널(50)을 가지도록, 열 요소들(40) 사이에 교대로 제공되어 있다. 상기 채널들(50)은 유체 와동(渦動)을 갖거나 또는 갖지 않는, 층류(laminar) 또는 약한 난류(low turbulence)의 흐름을 발생하기 위해, 예컨대 0.01 내지 10 mm , 바람직하게는 0.15 내지 1.5 mm 범위의 작은 두께를 가지며, 이로써 핫 열전달 유체의 흐름이 두 개의 인접한 열 요소들(40) 사이에 유동하고, 콜드 열전달 유체의 흐름이 다음의 두 개의 인접한 열 요소들 사이에 유동하게 된다. 상기 열 요소들(40)은, 평행한 형태로 주어진 회수 회로의 채널 들(50)을 소통시키게 배치되는 출구 오리피스들(52) 및 입구 오리피스들을 가진다. 또한, 상기 열 요소들(40)은, 동일하게 또는 동일하지 않게 여러 개의 분리된 열 섹터들(thermal sectors)(53)로 분할될 수 있으며, 각 섹터는 채널(50), 입구 오리피스(51) 및 출구 오리피스(52)를 가져서, 유체의 각각의 흐름에서 평행한 회로들을 형성할 수 있다. 이 방식으로, 각 회수 회로의 열전달 유체의 유동은, 첫번째로 열 섹터들(53)의 수 S/2로 나뉜 다음, 두 번째로 스택된 열 요소들(40)의 수 N/2로 나뉘어진다. 상기 열전달 유체의 유동의 스테이지식 분포는 각 채널(50)의 유체의 흐름의 유량 및 속도에 상당한 감소를 허용하며, 이로써 전달율을 증가시키는 동시에 에너지 손실을 감소시킨다.Each thermal module 10 consists of N thermal elements 40, which are of the same or complementary geometry so that they can be stacked. An example of a thermal module is shown in FIG. 4, which includes 17 thermal elements 40 in the form of flat rings stacked axially. The thermal elements 40 are shown in detail in FIGS. 6a-6c and 7a-7c, characterized by the formation of channels 50 for the circulation of the heat transfer fluid between the thermal elements. The channels become so-called hot channels through which the fluid of the hot recovery circuit flows and so-called cold channels through which the fluid of the cold recovery circuit flows. The hot and cold channels 50 are arranged between the thermal elements 40 such that each thermal element 40 has a hot channel 50 on one side and a cold channel 50 on the other side. Alternately provided. The channels 50 are, for example, 0.01 to 10 mm, preferably 0.15 to 1.5 mm, to generate a laminar or low turbulence flow, with or without fluid vortices. It has a small thickness in the range, whereby the flow of hot heat transfer fluid flows between two adjacent thermal elements 40 and the flow of cold heat transfer fluid flows between the next two adjacent thermal elements. The thermal elements 40 have outlet orifices 52 and inlet orifices arranged to communicate channels 50 of a given recovery circuit in parallel form. In addition, the thermal elements 40 may be divided into several separate thermal sectors 53, equally or unequal, each sector being a channel 50, an inlet orifice 51. And an outlet orifice 52 to form parallel circuits in each flow of fluid. In this way, the flow of heat transfer fluid in each recovery circuit is first divided by the number S / 2 of the thermal sectors 53 and then by the number N / 2 of the second stacked thermal elements 40. . The staged distribution of the flow of heat transfer fluid allows for a significant reduction in the flow rate and velocity of the flow of fluid in each channel 50, thereby increasing the transfer rate and at the same time reducing energy loss.

도시되지 않은 버젼에서, 채널들(50)을 경계 지어주고 밀봉을 제공하기 위해, 열 요소들(40) 사이에, 예컨대 테프론 시트들 또는 유사물 등의 스페이서 판들(spacer plates)이 삽입될 수 있다. In a version not shown, spacer plates, such as Teflon sheets or the like, may be inserted between the thermal elements 40 to delimit the channels 50 and provide a seal. .

도4, 도6a-도6c 및 도7a-도7c에 도시된 예들에서, 열 모듈(10)의 열 요소들(40)은 약 45°의 각도로, 8개의 동일한 열 섹터들(53)로 분할되어 있다. 도7a는 두 개의 인접한 열 요소들(40)의 열 섹터들(53)에서의 열전달 유체의 통로를 나타내고 있다. 각각의 열 섹터(53)는, 가로질러 놓인 상태로 그의 채널(50)과 소통하는 입구 오리피스(51) 및 출구 오리피스(52) 및 다음 열 요소(40)의 채널(50)과 소통하도록 가로 놓인 입구 오리피스(51) 및 출구 오리피스(52)의 4개의 오리피스들을 가진다. 열 모듈(10)에 대한 자기 조립체들(3)의 각도 위치에 따라, 다른 열 섹터들(53)의 채널들(50) 내에서 순환하는 열전달 유체가 액티브(active) 또는 패시 브(passive)로 된다. 자기장의 영향을 받게 되는 열 섹터들(53)에서, 핫 회수 회로의 열전달 유체는 액티브이고, 자기장의 영향을 받지 않는 다른 열 섹터들(53)에서는, 콜드 회수 회로의 열전달 유체가 액티브이다. 동시에, 상기 동일 섹터들 내의 콜드 및 핫 회수 회로들의 열전달 유체는 패시브이다.In the examples shown in FIGS. 4, 6A-6C and 7A-7C, the thermal elements 40 of the thermal module 10 are divided into eight identical thermal sectors 53 at an angle of about 45 °. It is divided. FIG. 7A shows the passage of heat transfer fluid in the thermal sectors 53 of two adjacent thermal elements 40. Each thermal sector 53 is laid transversely to communicate with the inlet orifice 51 and the outlet orifice 52 and the channel 50 of the next thermal element 40, which are in transverse communication with its channel 50. It has four orifices of inlet orifice 51 and outlet orifice 52. Depending on the angular position of the magnetic assemblies 3 relative to the thermal module 10, the heat transfer fluid circulating in the channels 50 of the other thermal sectors 53 may be active or passive. do. In the heat sectors 53 which are affected by the magnetic field, the heat transfer fluid of the hot recovery circuit is active and in the other heat sectors 53 which are not affected by the magnetic field, the heat transfer fluid of the cold recovery circuit is active. At the same time, the heat transfer fluid of the cold and hot recovery circuits in the same sectors is passive.

이 예에서, 각 열 요소(40)는 지지부(70)에 의해 지지되는 다수의 열전도 인서트들을 가지며, 상기 인서트들(60)은 지지부(70)의 면적의 대부분을 차지한다. 상기 인서트들(60)은 원형 섹터의 형상이며, 자기-열 발생 재료를 예컨대 절단, 기계 가공 또는 주조하여 만들어진다. 용어 "자기-열 발생 재료"는, 예컨대 가돌리늄(Gd), 실리콘(Si) 등을 포함하는 가돌리늄 합금, 게르마늄(Ge), 철(Fe) 등을 포함하는 망간 합금, 마그네슘(Mg), 인(P), 란탄 합금, 니켈(Ni) 합금, 임의의 다른 등가의 자기 작용 재료 또는 합금 등의 자기-열 발생 물질로부터 부분적으로 또는 전체적으로 제조된 재료를 의미하며, 또는 분말, 입자, 고형체(solid) 또는 다공성 블럭(porous block), 미니 또는 마이크로 채널들을 형성하는 스택되어 홈이 있는 판들의 조립체의 형태로 나타나는, 다른 자기-열 발생 재료들의 조합을 의미한다. 상기 자기-열 발생 재료들 간의 선택은 요구되는 가열 또는 냉각 파워 및 필요한 온도 범위들에 따라 정해진다.In this example, each thermal element 40 has a plurality of thermally conductive inserts supported by the support 70, which takes up most of the area of the support 70. The inserts 60 are in the shape of a circular sector and are made by cutting, machining or casting a self-heat generating material, for example. The term "self-heat generating material" refers to, for example, gadolinium alloys including gadolinium (Gd), silicon (Si) and the like, manganese alloys including germanium (Ge), iron (Fe) and the like, magnesium (Mg), phosphorus ( P), a lanthanum alloy, a nickel (Ni) alloy, any other equivalent magnetically actionable material or material produced in part or in whole from a self-heating material, such as an alloy, or a powder, particle, solid Or a combination of other self-heat generating materials, which appears in the form of an assembly of stacked grooved plates forming porous blocks, mini or micro channels. The choice between the self-heat generating materials depends on the heating or cooling power required and the temperature ranges required.

상기 지지부(70)는 가요성 또는 경질의 상태일 수 있으며, 예컨대 열가소성 물질, 엘라스토머(elastormers), 수지(resins) 또는 여타의 열 절연 재료 등의, 충전재(充塡材)를 갖거나 또는 갖지 않는, 천연 또는 합성 재료들로부터 제조될 수 있다. 이는 기계가공, 스테레오 리소그래피(stereo lithography)에 의한 3D 프린 팅, 에칭, 주조, 주입(injection) 또는 유사한 공정들에 의해 얻어질 수 있다. 바람직하게는 전후면들이 눈에 보이게 남아있는 인서트들의 둘레에 오버몰드(overmoulded) 되는 것이다. 상기 지지부(70)는, 인서트들(60)을 유지하는 기능, 채널들(50)의 두께가 확보되도록 스택된 열 요소들(40) 사이에서의 스페이서로서의 기능, 열 요소들(40)이 스택될 때 상기 열 요소들(40) 사이를 밀봉하는 기능, 그리고 필요하다면, 조립를 용이하게 하고 열 요소들(40)을 서로 간에 위치시키기 용이하도록 인덱싱 및/또는 배치 기능 등의 여러 기능들을 겸비하도록 배열되어 있다. 도시 안된 변형 예에서, 상기 지지부는 열 기능을 추가하도록 자기-열 발생 재료의 입자들 또는 섬유들로 충전될 수 있다.The support 70 can be in a flexible or rigid state, with or without fillers, such as, for example, thermoplastics, elastomers, resins or other thermal insulation materials. It can be made from natural or synthetic materials. This may be achieved by 3D printing, etching, casting, injection or similar processes by machining, stereo lithography. Preferably the front and back surfaces are overmoulded around the inserts remaining visible. The support 70 functions as a spacer between the thermal elements 40 stacked to ensure the thickness of the channels 50, to hold the inserts 60, and to stack the thermal elements 40. The function of sealing between the thermal elements 40 when necessary, and, if necessary, to combine several functions such as indexing and / or positioning functions to facilitate assembly and to facilitate positioning of the thermal elements 40 to one another. It is. In a variant not shown, the support can be filled with particles or fibers of self-heat generating material to add thermal function.

환형 형상의 열 요소(40)가 도7a에 상세하게 나타나 있고, 도7b 및 도7c에는 단면도가 나타나 있다. 이는 대략 장방형 단면으로 나타내지며, 제1 열전달 유체의 순환을 위한 채널(50)을 형성하는 전면 상에 홈이 있는 영역들(recessed areas), 및 제2 열전달 유체의 순환을 위해 다음 열 요소(40)의 채널(50)을 폐쇄하는 그 후면의 편평한 영역을 가지고 있다. 이 경우 상기 채널(50)은, 하부에서는 인서트들(60)의 전면에 의해, 측면들에서는 지지부(70)의 에지들에 의해 형성된다. 열 요소(40)의 편평한 후면은 인서트들(60) 및 지지부(70)의 후면에 의해 형성된다. 상기 지지부(70)의 전면에는, 인서트들(60)의 전체 표면에 걸친 유체의 분포를 개선하도록 채널(50)을 두 개 이상의 부분들로 분할하는 하나 이상의 연속 또는 불연속의 중앙 립들(central ribs)(71)이 있을 수 있다. 도시 안된 다른 변형 예에서, 상기 지지부(70)는 그의 전면 및 후면 상에 핫 및 콜드 열전달 유체들의 순환을 위한 채널(50)을 형성하는 홈이 있는 영역들을 가질 수 있다. 상기 지지부(70)의 전면 및 후면들은, 열 요소들(40)이 타이트(tight)한 배열로 스택될 때, 채널들(50)의 밀봉을 보장하는 밀봉 면들을 형성한다. 동일한 기능들을 수행하는 임의의 다른 방식도 적절하게 사용될 수 있음은 분명하다. 또한, 유체 흐름의 두께 및 그에 따른유체의 유동 속도에 영향을 주기 위해 지지부(70)의 일정 영역들의 두께 및/또는 인서트들(60)의 두께도 변경할 수 있다.An annular thermal element 40 is shown in detail in FIG. 7A, and cross-sectional views are shown in FIGS. 7B and 7C. This is represented by an approximately rectangular cross section, with recessed areas on the front face forming the channel 50 for circulation of the first heat transfer fluid, and the next thermal element 40 for circulation of the second heat transfer fluid. ) Has a flat area on its back that closes the channel 50. In this case the channel 50 is formed by the front of the inserts 60 at the bottom and by the edges of the support 70 at the sides. The flat rear face of the thermal element 40 is formed by the rear face of the inserts 60 and the support 70. On the front of the support 70, one or more continuous or discontinuous central ribs that divide the channel 50 into two or more portions to improve the distribution of fluid over the entire surface of the inserts 60. There may be (71). In another variant, not shown, the support 70 may have grooved regions on its front and back that form a channel 50 for the circulation of hot and cold heat transfer fluids. The front and rear surfaces of the support 70 form sealing surfaces that ensure the sealing of the channels 50 when the thermal elements 40 are stacked in a tight arrangement. It is clear that any other way of performing the same functions may be used as appropriate. In addition, the thickness of certain regions of the support 70 and / or the thickness of the inserts 60 can also be varied to affect the thickness of the fluid flow and thus the flow rate of the fluid.

상기 열 요소들(40)은 다른 형태들을 가질 수 있다. 도10a 및 도10b 각각에는, 대략 60°의 각도로 각각 인서트들(60)로 구성된 6개의 동일한 별개의 열 섹터들(53)을 갖는 열 요소(40)의 정면도 및 배면도가 나타나 있다. 도11a 및 도11b에서, 열 요소(40)는, 대략 180°의 각도로 각각 인서트들(60)로 구성된, 2개의 동일한 별개의 열 섹터들(53)만을 갖고 있다. 원의 섹터들 형태인 상기 인서트들(60)은 다른 기하학적 형상들 또는 임의의 형상들을 가질 수 있다. 또한, 이들은 도12에 도시된 예에서와 같이 스트립들(strips)(61)로 대체될 수 있고, 이 스트립들(61)은 도11에 도시된 바와 같이 2개의 열 섹터들(53)을 갖는 열 요소(40)에서 사용될 수 있다. 또한, 상기 인서트들(60)은 상호 연결된 인서트들을 형성하도록 분리된 링(62), 또는 임의의 다른 등가의 형상으로 대체될 수 있다. 동일한 방식으로, 각기 다른 자기-열 발생 재료(60, 61, 62)들은 도14의 인서트(60)에서와 같이, 교란이 없는(disturbance-free) 유체 유동을 촉진하도록 편평한 표면들을 가지거나, 또는 다른 한편으로, 도15의 인서트(60)에서와 같이, 열전달 유체와의 교환 면적을 증가시키도록 적어도 하나 이상의 표면에 홈들(63) 또는 유사한 형태들을 형성하는 양각 형상(relief feature)을 가질 수 있다. 유체의 유동에 대한 상기 홈들(63)의 방향 및 형상에 따라, 전달율을 증가시키기 위한 섭동(perturbation)이 형성될 수 있다. 도16a에 도시된 열 요소(40)는 양면 상에 경사진 홈들(64)을 지닌 인서트들(60)을 가지고 있는데, 그의 상세도가 도16b에 나타나 있다. 이 경사진 홈들(64)은 유체의 흐름에, 통상 와동으로 알려진 소용돌이를 생성하게 된다.The thermal elements 40 may have other forms. In each of FIGS. 10A and 10B, a front view and a rear view of a thermal element 40 having six identical separate thermal sectors 53 each composed of inserts 60 at an angle of approximately 60 °. 11A and 11B, thermal element 40 has only two identical separate thermal sectors 53, each consisting of inserts 60 at an angle of approximately 180 °. The inserts 60 in the form of sectors of the circle may have other geometric shapes or arbitrary shapes. Furthermore, they can be replaced with strips 61 as in the example shown in FIG. 12, which strips 61 have two column sectors 53 as shown in FIG. 11. May be used in thermal element 40. In addition, the inserts 60 may be replaced with a separate ring 62, or any other equivalent shape, to form interconnected inserts. In the same way, the different self-heat generating materials 60, 61, 62 have flat surfaces to promote disturbance-free fluid flow, as in the insert 60 of FIG. 14, or On the other hand, as in insert 60 of FIG. 15, it may have a relief feature that forms grooves 63 or similar shapes in at least one or more surfaces to increase the area of exchange with the heat transfer fluid. . Depending on the direction and shape of the grooves 63 relative to the flow of fluid, perturbations can be formed to increase the rate of delivery. The thermal element 40 shown in FIG. 16a has inserts 60 with inclined grooves 64 on both sides, details of which are shown in FIG. 16b. These inclined grooves 64 create a vortex in the flow of the fluid, commonly known as a vortex.

주어진 열 모듈(10)에서, 주어진 회수 회로의 채널들(50)의 입구 오리피스들(51) 및 출구 오리피스들(52)은 나란하게 제공된다. 다른 채널들(50)에서 열전달 유체의 분포를 균일하게 하도록, 적어도 입구 오리피스들(51)은 유체 유동의 방향으로 작아지는 단면을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 구조가 도8a 및 도8b에 나타나 있으며, 이로인해 주어진 체적의 유체가 채널들(50) 각각에서 동일 유동 속도로 순환하는 것이 가능해지고, 동일한 전달율을 얻을 수 있게 되어 에너지 손실을 감소시킬 수 있다. 그러나 이 구조에는, 각각의 열 요소(40)들이 다른 형상을 갖게 되는 것이 요구된다. 다른 해법으로는, 도9a 및 9b에 도시된 예에 따라, 작아지는 단면의 오리피스들(73)을 갖는 인서트(72)를 형성하는 것인데, 이 인서트(72)는 동일한 단면의 열 요소들(40)의 입구 오리피스들 내측에 내장된다. 이 해법에 의해, 이러한 구조의 산업적 생산이 상당히 단순화된다. 또한, 상기 인서트(72)는 열 요소들(40)을 서로 정렬시켜서 어떠한 회전도 방지되도록 할 수 있다. 이 예들은 유체 유동의 방향으로 증가하는 단면을 가진 출구 오리피스들(52)에도 적용될 수 있음이 분명하다.In a given thermal module 10, inlet orifices 51 and outlet orifices 52 of channels 50 of a given recovery circuit are provided side by side. At least the inlet orifices 51 preferably have a cross section that decreases in the direction of the fluid flow, so as to make the distribution of the heat transfer fluid uniform in the other channels 50. This structure is shown in Figures 8A and 8B, which allows a given volume of fluid to circulate at the same flow rate in each of the channels 50, and the same transfer rate can be obtained to reduce energy loss. . However, this structure requires that each of the thermal elements 40 have a different shape. Another solution is to form an insert 72 having orifices 73 of smaller cross section, according to the example shown in FIGS. 9A and 9B, which insert 72 has thermal elements 40 of the same cross section. Inside the inlet orifices. This solution greatly simplifies the industrial production of this structure. In addition, the insert 72 may align the thermal elements 40 with each other such that any rotation is prevented. It is clear that these examples can also be applied to outlet orifices 52 having a cross section that increases in the direction of fluid flow.

도시 안된 변형 예에서, 주어진 열 모듈(10)의 열 요소들(40)은 서로에 대해 각도 옵셋(angular offset)을 가질 수 있고, 이로써 입구 오리피스들(51) 및 출구 오리피스들(52)이 축선을 따라 정렬되지 않고 나선형 경로를 형성하여, 채널들(50) 안밖으로의 열전달 유체의 진출입이 촉진될 수 있다.In a variant not shown, the thermal elements 40 of a given thermal module 10 may have an angular offset with respect to each other, such that the inlet orifices 51 and the outlet orifices 52 are axial. By forming a helical path without being aligned along, the entry and exit of the heat transfer fluid into and out of the channels 50 can be facilitated.

또한, 상기 열 모듈(10)은 다른 구조를 가질 수 있다. 도17a 및 도17b에 도시된 열 모듈(11)은 축 방향으로 스택된 편평한 링 형태로 된 N개의 열 요소들(41)을 가지고 있다. 각 열 모듈(41)은 6개의 열 섹터들(53)에 분포된 자기-열 발생 재료의 둥그런 인서트들(60)을 가지며, 채널(50)은 상기 인서트들(60)에 걸쳐 지그 재그 형태로 순환하고 있다. 도18a는, 각각 축 방향으로 조립된 3개의 동일한 서브-조립체들로 형성된, 3개의 열 모듈들(12)의 조립체를 나타내고 있다. 서브-조립체들 중 하나가 도18b에 도시되어 있는데, 여기에는, 반경 방향으로 스택된 동심의 링들 형태로 된 3개의 열 요소들(42)이 포함되어 있으며, 상기 열요소들 사이에는 채널들(50)이 형성되어 있다. 각각의 열 요소(42)는 6개의 열 섹터들(53)에 분포된 자기-열 발생 재료의 둥그런 인서트들(60)을 가진다. 이 변형 예에는 축방향 스택과 반경 방향 스택의 조합이 도시되어 있다. 도19a에는, 축 방향으로 조립된 6개의 동일한 열 모듈들(13)의 조립체가 도시되어 있다. 각 열 모듈(13)에는, 원의 섹터들(sectors of a circle) 형태로 되어, 원통형 튜브를 형성하도록 나란하게 조립되어 있는 14개의 동일한 서브-조립체들이 포함되어 있다. 하나의 서브-조립체가 도19b에 상세하게 도시되어 있으며, 여기에는 포개진 스트립들의 형태로 된 8개의 열 요소들(43)이 포함되어 있으며, 각 열요소들 사이에는 채널들(50)이 형성되어 진다. 각 열 요소들(43)은 전체적 또는 부분적으로 자기-열 발생 재료로 제조될 수 있다.In addition, the thermal module 10 may have another structure. The thermal module 11 shown in FIGS. 17A and 17B has N thermal elements 41 in the form of flat rings stacked in the axial direction. Each thermal module 41 has round inserts 60 of self-heat generating material distributed in six thermal sectors 53, with a channel 50 zigzag across the inserts 60. Circulating. FIG. 18A shows an assembly of three thermal modules 12, each formed of three identical sub-assemblies assembled axially. One of the sub-assemblies is shown in FIG. 18B, which includes three thermal elements 42 in the form of radially stacked concentric rings, between which the channels ( 50) is formed. Each thermal element 42 has round inserts 60 of self-heat generating material distributed in six thermal sectors 53. In this variant, a combination of an axial stack and a radial stack is shown. In figure 19a an assembly of six identical row modules 13 assembled in an axial direction is shown. Each thermal module 13 contains 14 identical sub-assemblies in the form of sectors of a circle, which are assembled side by side to form a cylindrical tube. One sub-assembly is shown in detail in FIG. 19B, which includes eight thermal elements 43 in the form of nested strips, with channels 50 formed between each thermal element. It is done. Each of the thermal elements 43 may be made in whole or in part of a self-heat generating material.

상기 예들은 제한적인 것이 아니며, 이들의 목적은, 본 발명에 따른 무한한 범위의 자기 열 발생기들의 생성을 허용하는, 열 모듈들(10-13)의 가능한 구조들이 다양함을 보여주는 것이다.The above examples are not limiting, and their purpose is to show the variety of possible structures of the thermal modules 10-13, which allow the generation of an infinite range of magnetic heat generators according to the invention.

같은 방식으로, 열전달 유체의 화학 조성은 요구되는 온도 범위에 적합하게 되고 최대 열전달을 얻도록 선택된다. 상기 유체는 액체, 기체 또는 다이페이즈(diphase)로 될 수 있다. 액체인 경우, 예컨대 플러스의 온도들에 대해서는 순수한 물을 사용하고, 마이너스의 온도들에 대해서는 글리콜화 제품 등의 동결방지제(anti-freeze)가 첨가된 물을 사용할 수 있다. 따라서, 상기 열 발생기(1)는 부식성 유체의 사용이나, 또는 인류 또는 환경에 해로운 유체의 사용도 피할 수 있도록 하게 한다.In the same way, the chemical composition of the heat transfer fluid is selected to suit the required temperature range and to obtain maximum heat transfer. The fluid can be liquid, gas or diphase. In the case of liquids, for example, pure water can be used for positive temperatures and anti-freeze water such as glycolated products can be used for negative temperatures. Thus, the heat generator 1 makes it possible to avoid the use of corrosive fluids or the use of fluids harmful to humans or the environment.

본 발명에 따른 열 발생기(1)를 포함하는 부품들 모두는 반복적인 산업 공정들을 이용하여 대량 생산될 수 있다. 상기 열 발생기(1)의 모듈화 및 콤팩트(compact)한 설계로 인해 표준형 열 요소들(40-43) 및 열 모듈들(10-13)의 제조가 가능해지며, 이들은 주어진 응용분야에 대한 유체 유량 및 요구되는 온도 범위에 따라, 직렬, 병렬 또는 직렬/병렬 조합으로 연결되고, 결합되고, 조립될 tmn 있다. 이러한 설계는, 오늘날의 이러한 타입의 발생기에 의해 필적되지 않는 성능을 내면서, 저비용 및 소형 치수들로 산업 및 가정용 모두의 넓은 범위에 대해 응용할 수 있게 한다.All the parts comprising the heat generator 1 according to the invention can be mass produced using repetitive industrial processes. The modular and compact design of the heat generator 1 allows for the manufacture of standard thermal elements 40-43 and thermal modules 10-13, which allow for fluid flow rate and flow rate for a given application. Depending on the temperature range required, there are tmns to be connected, combined and assembled in series, parallel or series / parallel combinations. This design makes it possible to apply to a wide range of both industrial and home use at low cost and small dimensions, with performance unmatched by today's generators of this type.

상기 열 발생기(1)의 스테이지 구조로 인해, 각 회수 회로에서의 열전달 유체의 유동이 효율적으로 여러 번 분할될 수 있다. 상기 열전달 유체의 스테이지 분배로 인해, 각 채널(50) 내의 유체의 유동이 동일한 비율로 분할될 수 있어서, 에너지 손실을 감소시킬 수 있고 전달율을 증가시킬 수 있게 된다. 채널들(50)의 다수화에 의해 열전달 면적이 증가하고, 이에 상응하여 전달율도 증가한다. 또한, 상기 열 요소들(10-13)의 설계로 인해, 자기-열 발생 재료의 량에 대한 지지부(70)의 비활성 물질의 량이 크게 감소되어, 주어진 사이즈에 대한 발생기(1)의 열 효율이 더욱 향상된다.Due to the stage structure of the heat generator 1, the flow of heat transfer fluid in each recovery circuit can be efficiently divided several times. Due to the stage distribution of the heat transfer fluid, the flow of fluid in each channel 50 can be split at the same rate, thereby reducing energy loss and increasing the transfer rate. The majority of the channels 50 increases the heat transfer area and, correspondingly, the transfer rate. In addition, due to the design of the thermal elements 10-13, the amount of inert material of the support 70 relative to the amount of self-heat generating material is greatly reduced, so that the thermal efficiency of the generator 1 for a given size is reduced. It is further improved.

본 발명은 설명된 실시예들로 제한되지 아니하며, 당업자들에게 있어서는 첨부된 청구항들에서 정의된 보호 범위 내에 속하면서 어떠한 변경 또는 변화가 가능하다.The present invention is not limited to the described embodiments, and those skilled in the art can make any change or change while falling within the protection scope defined in the appended claims.

Claims (28)

자기 열 발생 재료(magneto-calorific material)를 기반으로 하는 열 요소들(thermal elements)(40-43)과, 상기 열 요소들(40-43)에서 자기장의 변화를 생성하여 열 요소들의 온도를 변화시키도록 배치된 자기 수단들(magnetic means)(3)과, 상기 열 요소들의 기능적 사이클에 따라, 상기 열 요소들이 자기장의 증가 상태 하에 있을 때에는 상기 열 요소들에 의해 방출되는 열기를, 그리고 상기 열 요소들이 자기장의 감소 상태 하에 있을 때에는 상기 열 요소들에 의해 방출되는 냉기를 회수하도록 배치된 별도의 열전달 유체가 각각 순환하는 핫 회수 회로(hot collector circuit) 및 콜드 회수 회로(cold collector circuit)의 두 개 이상의 분리된 회수 회로들(at least two seperate collector circuits)과, 회수된 열기 및 냉기를 활용하도록 정해진 외부 회로들(external circuits)에 상기 회수 회로들을 연결하는 수단(means of connecting)을 포함하는 자기 열 발생기(magneto-calorific thermal generator)(1)에 있어서,Thermal elements 40-43 based on a magneto-calorific material and a change in the magnetic field at the thermal elements 40-43 to change the temperature of the thermal elements. Magnetic means 3 arranged to cause, and according to the functional cycle of the thermal elements, the heat released by the thermal elements when the thermal elements are under increasing state of the magnetic field, and the heat Two elements, a hot collector circuit and a cold collector circuit, each with separate heat transfer fluid circulated to recover the cold air released by the thermal elements when the elements are under reduced magnetic field. Connect the recovery circuits to at least two seperate collector circuits and external circuits designated to utilize the recovered hot and cold air. Is the magnetic heat generator (magneto-calorific thermal generator) (1) comprises means (means of connecting), 상기 열 발생기는, 다수의 열 요소들(thermal elements)(40-43)로 구성되는 하나 이상의 열 모듈(at least one thermal module)(10-13)을 포함하며, The heat generator comprises at least one thermal module 10-13 consisting of a plurality of thermal elements 40-43, 상기 열 요소들은 열전달 유체(heat transfer fluid)의 순환을 위해 열 요소들 사이에 채널들(channels)이 형성되도록 스택(stack)되어 배치되며, The thermal elements are arranged in a stack so that channels are formed between the thermal elements for circulation of the heat transfer fluid, 상기 채널들은, 핫 회수 회로(hot collector circuit)의 열전달 유체가 순환하는 핫 채널들 및, 콜드 회수 회로(cold collector circuit)의 열전달 유체가 순환하는 콜드 채널들로 분리되며,  The channels are separated into hot channels through which heat transfer fluid of a hot collector circuit circulates, and cold channels through which heat transfer fluid of a cold collector circuit circulates, 상기 핫 채널들 및 콜드 채널들은 상기 열 요소들(40-43) 사이에서 교호적으로 배치되며, 상기 열 요소들(40-43)은, 각각의 핫 회수 회로 및 콜드 회수 회로의 열전달 유체의 유동을 각각 대응하는 핫 채널들(50) 및 콜드 채널들(50)로 분배하도록, 서로 소통하는 유체의 입구 오리피스들(inlet orifices)(51) 및 출구 오리피스들(outlet orifices)(52)을 가지는 것을, The hot and cold channels are alternately disposed between the thermal elements 40-43, wherein the thermal elements 40-43 are flows of the heat transfer fluid of the respective hot recovery circuit and the cold recovery circuit. To have inlet orifices 51 and outlet orifices 52 of fluid in communication with each other, so as to distribute to the corresponding hot channels 50 and the cold channels 50, respectively. , 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 채널들(50)은 0.01 mm 내지 10 mm 범위의 두께를 가지는 것을, The channels 50 have a thickness in the range of 0.01 mm to 10 mm, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 채널들(50)은 0.15 mm 내지 1.5 mm 범위의 두께를 가지는 것을, The channels 50 have a thickness in the range of 0.15 mm to 1.5 mm, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 열 요소들(40-43)은, 채널들(50)을 형성하도록 홈이 있는 형상들(recessed shapes)을 가지는 것을, The thermal elements 40-43 have recessed shapes to form the channels 50, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 열 모듈들(10-13)은, 채널들(50)을 형성하도록 상기 열 요소들(40-43) 사이에 삽입되는 스페이서 판들(spacer plates)을 가지는 것을, The thermal modules 10-13 have spacer plates inserted between the thermal elements 40-43 to form channels 50. 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 열 요소들(40-43)의 입구 오리피스들(51)은 열전달 유체를 관련 채널들(50)에 균일하게 분포시키도록 열전달 유체의 유동 방향으로 감소하는 단면을 가지는 것을, The inlet orifices 51 of the thermal elements 40-43 have a cross section that decreases in the flow direction of the heat transfer fluid to evenly distribute the heat transfer fluid to the associated channels 50. 특징으로 하는 자기 열 발생기(1). Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 열 요소들(40-43)의 출구 오리피스들(52)은 열전달 유체가 상기 열 모듈을 떠나기 전에 열전달 유체를 함께 모으도록 열전달 유체의 유동 방향으로 증가하는 단면을 가지는 것을, The outlet orifices 52 of the thermal elements 40-43 have a cross section that increases in the flow direction of the heat transfer fluid to bring the heat transfer fluid together before the heat transfer fluid leaves the heat module. 특징으로 하는 자기 열 발생기(1). Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 8. The method according to claim 6 or 7, 가변적인 단면적(variable cross section)을 지닌 상기 입구 오리피스들(51) 및 출구 오리피스들(52)은 상기 열 요소들(40-43)을 가로질러 배치된 인서트(insert)(72)에 배치되는 것을, The inlet orifices 51 and outlet orifices 52 having a variable cross section are arranged in an insert 72 disposed across the thermal elements 40-43. , 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 열 요소들(40-43)은 서로에 대해 오프셋(offset) 되어 있어서, 상기 입구 오리피스들(51) 및 출구 오리피스들(52)은 나선형 경로(helical path)로 정렬되는 것을, The thermal elements 40-43 are offset relative to each other so that the inlet orifices 51 and the outlet orifices 52 are aligned in a helical path, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 열 모듈은 직선 형태(rectilinear configuration)를 가지며, 상기 열 요소들은 선형(linear)으로서 수평으로, 수직으로 또는 수평 및 수직의 조합으로 스택된 것을, The thermal module has a rectilinear configuration, wherein the thermal elements are linear, stacked horizontally, vertically or in a combination of horizontal and vertical, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 열 모듈은 원의 형태를 가지며, 상기 열 요소들(40-43)은 환형(annular)으로서 축 방향으로, 반경 방향으로 또는 축 방향 및 반경 방향의 조합으로 스택된 것을, The thermal module has the form of a circle, wherein the thermal elements 40-43 are annular, stacked in an axial direction, in a radial direction or in a combination of axial and radial directions, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 열 요소들(43)은 자기-열 발생 재료의 부품들로 형성되는 것을, The thermal elements 43 are formed of parts of a self-heat generating material, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 열 요소들(40-42)은, 지지부(support)(70)에 의해 지지되는 자기-열 발생 재료의 하나 이상의 부품들(60-62)을 포함하고 있는 것을, The thermal elements 40-42 comprise one or more parts 60-62 of a self-heat generating material supported by a support 70, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 13 항에 있어서, 14. The method of claim 13, 상기 지지부(70)는 자기-열 발생 재료의 상기 부품들(60-62) 둘레에 오버몰드(overmoulded) 되는 것을, The support 70 is overmolded around the parts 60-62 of self-heat generating material, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 13 항에 있어서, 14. The method of claim 13, 상기 지지부(70)는 열 절연 재료(thermally insulating material)로 제조되는 것을, The support 70 is made of a thermally insulating material, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 15 항에 있어서, 16. The method of claim 15, 상기 열 절연 재료는 열 전도성 재료(thermally conducting material)의 입자들로 충전되는 것을, Said thermally insulating material being filled with particles of a thermally conducting material, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1). Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 13 항에 있어서, 14. The method of claim 13, 자기-열 발생 재료의 상기 부품들(60)은 기하학적 형상 또는 원의 섹터(sector) 형상의 인서트들(inserts)인 것을, The parts 60 of the self-heat generating material are inserts of geometric or circular sector shape, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, The method according to claim 12 or 13, 자기-열 발생 재료의 상기 부품들(60-62)은 평탄한 표면들을 가지는 것을, The parts 60-62 of the self-heat generating material have flat surfaces, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, The method according to claim 12 or 13, 자기-열 발생 재료의 상기 부품들(60-62)은 그들의 면들 중 하나 이상에 양각 형상(relief feature)을 가지는 것을, The parts 60-62 of the self-heat generating material have a relief feature on one or more of their faces, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1). Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 19 항에 있어서, 20. The method of claim 19, 상기 면들 중 하나 이상은 열전달 유체에 소용돌이를 형성하도록 배열된 홈들(grooves)(63, 64)을 가지는 것을, At least one of the faces has grooves 63, 64 arranged to form a vortex in the heat transfer fluid, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 열 요소들(40-43)은 두 개 이상의 분리된 열 섹터들(thermal sectors)로 분할되며, 각 열 섹터는 입구 오리피스(51) 및 출구 오리피스(52)에 의해 유체가 흐르는 채널(50)을 가지는 것을, The thermal elements 40-43 are divided into two or more separate thermal sectors, each thermal sector having a fluid flow channel 50 by the inlet orifice 51 and the outlet orifice 52. Having a 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 21 항에 있어서, 22. The method of claim 21, 주어진 열 요소들(40-43)의 열 섹터들(53)의 입구 오리피스들(51) 및 출구 오리피스들(52)은, 그에 대응하는 핫 회수 회로 또는 콜드 회수 회로에, 직렬로, 병렬로, 또는 직렬 및 병렬의 조합으로 연결되는 것을, The inlet orifices 51 and outlet orifices 52 of the column sectors 53 of the given column elements 40-43 are connected, in series and in parallel, to the corresponding hot or cold recovery circuits. Or connected in a combination of serial and parallel, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 두 개 이상의 열 모듈들(10-13)을 포함하며, 상기 열 모듈들의 핫 회수 회로 및 콜드 회수 회로는 분배기 디스크들(distributor discs)(20)에 의해, 직렬로, 또는 병렬로, 또는 직렬 및 병렬 조합으로 연결되는 것을, Two or more thermal modules 10-13, wherein the hot recovery and cold recovery circuits of the thermal modules are arranged, in series, in parallel, or in series and by distributor discs 20. To be connected in parallel combination, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 말단부 열 요소들(40-43)의 채널들(50)을 밀폐시켜주고, 기계적으로 상기 열 요소들(40-43)을 함께 지탱시켜주도록 배열된 밀봉 플랜지들(sealing flanges)(30)을 포함하며, And sealing flanges 30 arranged to seal the channels 50 of the distal thermal elements 40-43 and to mechanically support the thermal elements 40-43 together. , 상기 밀봉 플랜지들(30)은, 상기 핫 회수 회로 및 콜드 회수 회로를 외부 회로들에 연결하도록, 공급 오리피스들(31) 및 배출 오리피스들(32)을 가지는 것을, The sealing flanges 30 have supply orifices 31 and discharge orifices 32 to connect the hot recovery and cold recovery circuits to external circuits, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 상기 열 모듈들(10-13)을 밀봉하도록 배열된 내부 슬리브(inner sleeve)(4) 및 외부 슬리브(outer sleeve)(5)를 포함하는 것을, Comprising an inner sleeve 4 and an outer sleeve 5 arranged to seal the thermal modules 10-13, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 회전 또는 병진(竝進) 운동하게 구동되는 축(2)에 의해 지지되는 내부 자기 조립체들(internal magnetic assemblies)(3) 및, 상기 자기 조립체들(3)에 의해 발생되는 자속(magnetic flux)을 폐쇄하도록 배열된 외부 아마추어(outer armature)(6)를 포함하는 것을, Internal magnetic assemblies (3) supported by a shaft (2) driven rotationally or translationally, and magnetic flux generated by the magnetic assemblies (3) Including an outer armature 6 arranged to close, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 내부 및 외부 자기 조립체들(3)을 포함하고, 상기 자기 조립체들(3) 중 하나 이상은 회전 또는 병진(竝進) 운동하게 구동되는 축(2)에 의해 지지되는 것을, Comprising internal and external magnetic assemblies 3, wherein at least one of the magnetic assemblies 3 is supported by a shaft 2 which is driven to rotate or translate. 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1). 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 열전달 유체는 액체, 기체 또는 다이페이즈(diphase)인 것을, Wherein the heat transfer fluid is a liquid, a gas or a diphase, 특징으로 하는 자기 열 발생기(1).Characterized in the magnetic heat generator (1).
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